(57)【要約】【課題】フィラメントの寿命が長く、メンテナンスに要する時間の短い、ランニングコストを低減できるイオン源を提供すること。【解決手段】直流電源１４によってフィラメント１５のマイナス側接続部１６およびプラス側接続部１７間で電位差が生じ、イオン源１０で発生したイオンの極性がアルゴンのようにプラスの場合、フィラメント１５への衝突頻度が、マイナス側接続部１６付近で高くなるが、マイナス側接続部１６付近に保護部１５０が設けられているので、フィラメント１５へのイオンの衝突による損傷を防ぐことができる。したがって、フィラメント１５の断線までの時間を長くでき、メンテナンスの回数を少なくでき、ランニングコストを低減できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電源と、
フィラメントと、
前記直流電源と前記フィラメントとを接続する接続部と、
前記フィラメントの前記接続部付近に設けられた保護部と、
ガスの導入口とを備えた
ことを特徴とするイオン源。
【請求項２】
請求項１に記載のイオン源において、
前記ガスがプラスにイオン化され、
前記保護部は、マイナス側接続部付近に設けられている
ことを特徴とするイオン源。
【請求項３】
請求項２に記載のイオン源において、
前記ガスはアルゴンである
ことを特徴とするイオン源。
【請求項４】
請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載のイオン源において、
前記保護部は、前記フィラメントの一部を前記フィラメントの他の部分よりも太くすることによって形成されている
ことを特徴とするイオン源。
【請求項５】
請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載のイオン源において、
前記保護部は、前記フィラメントとは別体で設けられている
ことを特徴とするイオン源。
【請求項６】
請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載のイオン源において、
前記接続部が、冷却されている
ことを特徴とするイオン源。
【請求項７】
請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載のイオン源を備えた
ことを特徴とするイオンビーム装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、イオンミリング装置、イオンビームスパッタ装置等のイオンビーム装置およびイオン源に関し、特にイオン源に用いられるフィラメントに関する。
【背景技術】
【０００２】
イオンビーム装置は、イオンを発生するためのイオン源を備えている。イオン源には、熱電子を発生するフィラメントが用いられる。フィラメントには、直流電圧が印加される。発生した熱電子は、イオン源に導入されたガスに衝突し電子を剥ぎ取り、ガスをイオン化する（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−３１２９９２号公報（２項、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
フィラメントに直流電圧が印加されると、フィラメントに電位差が生じる。熱電子は、電位の低い場所から多く発生する。イオン源を使用し続けると、発生するイオンの極性によって、電位差の生じたフィラメントの一方の接続部付近にイオンが衝突し、フィラメントの一部がスパッタされ断線する。断線までの使用時間は数十時間であり、フィラメント交換を頻繁にしなければならない。また、フィラメント交換時には、イオン源の清掃等も必要となる。したがって、メンテナンスに時間がかかり、ランニングコストが高くなっている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
【０００６】
［適用例１］
直流電源と、フィラメントと、前記直流電源と前記フィラメントとを接続する接続部と、前記フィラメントの前記接続部付近に設けられた保護部と、ガスの導入口とを備えたことを特徴とするイオン源。
【０００７】
この適用例によれば、イオンのフィラメントへの衝突頻度は、導入口より導入されたガスのイオン化の極性によって一方の極性の接続部付近で高くなるが、接続部付近に保護部が設けられているので、スパッタによる断線までの時間が長くなる。したがって、メンテナンスの回数が少なくなり、ランニングコストが低減する。
なお、フィラメントの接続部付近とは、接続部からフィラメントの全長の１／４の長さまでの範囲をいう。
【０００８】
［適用例２］
上記イオン源であって、前記ガスがプラスにイオン化され、前記保護部は、マイナス側接続部付近に設けられていることを特徴とするイオン源。
この適用例では、プラスイオンにイオン化されたガスは、マイナス側接続部付近に衝突し、スパッタが起こるが、マイナス側接続部付近に保護部が設けられているので、スパッタによる断線までの時間が保護部によって長くなる。したがって、メンテナンスの回数が少なくなり、ランニングコストが低減する。
【０００９】
［適用例３］
上記イオン源であって、前記ガスはアルゴンであることを特徴とするイオン源。
この適用例では、スパッタに用いられる不活性なアルゴンガスはプラスイオンにイオン化する。したがって、メンテナンスの回数がより少なくなり、ランニングコストがより低減する。
【００１０】
［適用例４］
上記イオン源であって、前記保護部は、前記フィラメントの一部を前記フィラメントの他の部分よりも太くすることによって形成されていることを特徴とするイオン源。
この適用例では、保護部がフィラメントと一体で他の部分と比較して太く形成されているので、イオンの衝突による保護部での断線までの時間が長くなる。また、保護部がフィラメントと同じ材質で形成されているので、イオンの衝突以外での熱膨張差等による損傷が低減する。したがって、メンテナンスの回数が少なくなり、ランニングコストが低減する。
【００１１】
［適用例５］
上記イオン源であって、前記保護部は、前記フィラメントとは別体で設けられていることを特徴とするイオン源。
この適用例では、フィラメントの一部を太く加工する必要がなく、保護部が別体で簡便に設けられる。保護部がイオンによってスパッタされている間、フィラメントはスパッタされず、フィラメントの断線までの時間が長くなる。したがって、メンテナンスの回数が少なくなり、ランニングコストが低減する。
【００１２】
［適用例６］
上記イオン源であって、前記接続部が、冷却されていることを特徴とするイオン源。
この適用例では、接続部が冷却されていると、接続部付近でフィラメントに温度勾配が生じ、イオンの衝突によるスパッタと相まって、より断線しやすい。しかし、保護部により前述の効果がより得られる。
【００１３】
［適用例７］
上記イオン源を備えたことを特徴とするイオンビーム装置。
【００１４】
この適用例によれば、前述の効果を有するイオンビーム装置が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、実施形態を図面に基づいて詳しく説明する。
（第１実施形態）
図１は、本実施形態におけるイオン源１０を備えたイオンミリング装置１００の概略断面図を示した。なお、イオン源１０は、イオンミリング装置１００以外のイオンビーム装置にも取付けることが可能である。
【００１６】
イオンミリング装置１００は、イオン源１０と処理室１１０とを備えている。
処理室１１０では、イオン源１０で発生し、加速したイオンを中性化して、被処理物１２０の表面に衝突させ、表面原子を削る。
処理室１１０は、真空チャンバであり、被処理物１２０を保持するためのホルダ１３０、イオン源１０から加速されてきたイオンを中性化する電極１４０を備えている。
電極１４０の形状は特にこだわらないが、イオンが通り抜けやすいように網状の電極が好ましい。イオンの中性化は、イオンの衝突によって被処理物１２０が帯電し、処理効率が低下するのを防ぐために行う。
【００１７】
図２は、本実施形態におけるイオン源１０の概略図である。（ａ）は、概略断面図であり、（ｂ）は概略底面図である。
図１、図２（ａ）および（ｂ）において、イオン源１０は、開口部１１を有するチャンバ１２を備えている。チャンバ１２は円筒形をしている。
イオン源１０の開口部１１は、処理室１１０に設けられた開口部１１１と合わせて通じるように配置され、処理室１１０に取付けられている。
なお、チャンバ１２は、処理室１１０と予め一体に形成され、イオン源１０がイオンミリング装置１００の一部であってもよい。
【００１８】
イオン源１０は、ガス導入管１３、直流電源１４、熱電子を発生させるためのフィラメント１５、直流電源１４とフィラメント１５とを接続するための接続部としてのマイナス側接続部１６およびプラス側接続部１７を備えている。また、マイナス側接続部１６およびプラス側接続部１７を冷却するための冷却配管１８、イオン化により生じたプラズマを閉じ込めるための磁石１９、発生したイオンを加速するための電極板２０を備えている。
【００１９】
ガス導入管１３は、円筒形のチャンバ１２の底面の中央に取付けられている。ガスは、ガス導入管１３を流れ、ガス導入口１３１からチャンバ１２に導入される。例えば、導入するガスとしては、スパッタ用として不活性ガスであるアルゴン等を用いることができる。
直流電源１４とフィラメント１５とは、マイナス側接続部１６およびプラス側接続部１７を介して接続されている。フィラメント１５のマイナス側接続部１６付近には保護部１５０が形成されている。
【００２０】
マイナス側接続部１６およびプラス側接続部１７は、ガス導入管１３を挟んで対向してチャンバ１２の底面に設けられている。また、マイナス側接続部１６およびプラス側接続部１７には、それぞれ冷却配管１８が取付けられている。冷却は、冷却配管１８に冷媒を流すことによって行うことができる。例えば、冷媒として水を用いることができる。
【００２１】
ガス導入管１３からガスを供給し、フィラメント１５に電圧を印加すると、放出された熱電子がガスをイオン化する。イオン化したガスは、電極板２０に引かれ、図２（ａ）中の矢印で示した方向に加速される。
【００２２】
図３に本実施形態におけるフィラメント１５と接続部付近の拡大概略断面図を示した。  図３において、フィラメント１５は、マイナス側接続部１６およびプラス側接続部１７に止めネジ１６０によって止められている。
フィラメント１５のマイナス側接続部１６付近には、保護部１５０が形成されている。保護部１５０は、フィラメント１５の上記付近以外の領域となる通常部分１５１と比較して太く形成されている。
保護部１５０の形成位置は、マイナス側接続部１６からフィラメント１５の全長の１／４の長さの範囲内であるのが好ましく、マイナス側接続部１６から保護部１５０の中心までの距離Ｌが１ｃｍのところに形成するのがより好ましい。
保護部１５０の太さ、長さは、フィラメント１５全体の抵抗値が極端に小さくならない程度の太さ、長さにする。
【００２３】
フィラメント１５の材質としては、例えば、タングステン、レニウム、イリジウム等が用いられる。
フィラメント１５の作り方としては、例えば、タングステンの粉を保護部が形成されるような型に入れ、力を加え押し込む。この状態で加熱することによりタングステンの粉が融着し、フィラメント１５の形状を得ることができる。
【００２４】
このような本実施形態によれば、以下の効果がある。
（１）直流電源１４によってフィラメント１５のマイナス側接続部１６およびプラス側接続部１７間で電位差が生じ、イオン源１０で発生したイオンの極性がアルゴンのようにプラスの場合、フィラメント１５への衝突頻度が、マイナス側接続部１６付近で高くなるが、マイナス側接続部１６付近に保護部１５０が設けられているので、フィラメント１５へのイオンの衝突による損傷を防ぐことができる。したがって、フィラメント１５の断線までの時間を長くでき、メンテナンスの回数を少なくでき、ランニングコストを低減できる。
【００２５】
（２）保護部１５０がフィラメント１５と一体で太く形成されているので、イオンの衝突による保護部１５０での断線までの時間を長くできる。また、保護部１５０がフィラメント１５と同じ材質で形成されているので、イオンの衝突以外の熱膨張差等による損傷を低減できる。したがって、メンテナンスの回数を少なくでき、ランニングコストを低減できる。
【００２６】
（３）マイナス側接続部１６およびプラス側接続部１７が冷却されていると、マイナス側接続部１６およびプラス側接続部１７付近でフィラメント１５に温度勾配が生じ、イオンの衝突による損傷と相まって、より断線しやすい。しかし、保護部１５０により前述の効果をより得ることができる。
【００２７】
（４）前述の効果を有するイオンミリング装置１００を得ることができる。
【００２８】
（変形例１）
図４には、本変形例におけるマイナス側接続部１６およびプラス側接続部１７付近に保護部１５０が形成されたフィラメント１５を取付けた拡大概略断面図を示した。
変形例では、プラス側接続部１７付近にも保護部１５０が形成されている。その他の構成は、第１実施形態と同様である。
【００２９】
このような変形例によれば、以下の効果がある。
（５）マイナス側接続部１６付近の保護部１５０が断線する前に、直流電源１４の極性を変えて、プラス側接続部１７をマイナス側接続部として用いると、新たなマイナス側にも保護部１５０が存在することになり、フィラメント１５の寿命をより伸ばすことができる。
また、マイナスイオンとなるガスの場合、マイナスイオンの衝突によるフィラメント１５の損傷を防ぐことができる。
【００３０】
（第２実施形態）
図５に、本実施形態におけるフィラメント１５と接続部付近の拡大概略断面図を示した。
第１実施形態と異なるのは、フィラメント１５に形成された保護部１５０の代わりに別体として保護部１５２が設けられた点であり、その他の構成は、第１実施形態と同様である。
図５において、本実施形態では、保護部１５２は、フィラメント１５の通常部分１５１とは異なる材質で形成される。例えば、酸化シリコン、酸化ジルコニウム等の絶縁膜で覆う。このとき、フィラメント１５と絶縁膜との熱膨張差を考慮して、フィラメント１５と絶縁膜との密着性は低いほうが好ましい。
また、変形例１と同様にプラス側にも保護部１５２を設けてもよい。
【００３１】
このような本実施形態によれば、以下の効果がある。
（６）保護部１５２がフィラメント１５と比較して、イオンによってスパッタされにくく、フィラメント１５の断線までの時間を長くできる。したがって、メンテナンスの回数を少なくでき、ランニングコストを低減できる。
【００３２】
（変形例２）
図６に、本変形例におけるイオン源３０の概略底面図を示した。
図６において、イオン源３０は、フィラメント１５を８個備えている。それぞれのフィラメント１５には、保護部１５０が設けられている。また、フィラメント１５の近くには、ガス導入管１３が設けられている。
本変形例のように、ガス導入管１３は、チャンバ１２の底面の中央付近以外に設けられていてもよい。例えば、チャンバ１２の側面に設けられていてもよい。
【００３３】
また、本変形例のように、フィラメント交換の頻度を低減するために、フィラメント１５が複数設けられていてもよい。このとき、マイナス側接続部１６およびプラス側接続部１７もフィラメント１５の数に合わせて複数設けられている。
【００３４】
このような変形例によれば、以下の効果がある。
（７）一つのフィラメント１５が切断しても、他のフィラメント１５を使用することが可能で、メンテナンスの回数をより低減できる。
【００３５】
上述した実施形態、変形例以外にも、種々の変更を行うことが可能である。
例えば、別体である保護部１５２は、フィラメント１５と同じ材質のものを巻きつけて、あるいは同じ材料の筒状のものでカバーするようにしてもよい。この場合、フィラメントと保護部１５２に熱膨張差がないので、フィラメントと保護部の間に生じる熱膨張差による応力を低減できる。したがって、応力による断線を防ぐことができる。
また、アルゴンの他に、反応性イオンエッチング用としては、ＣＦ4、ＣＣｌ4、ＳＦ6、Ｏ2等を用いることができる。
さらに、各実施形態において、マイナスにイオン化したイオンを用いる場合には、フィラメント１５が形成され、設けられた保護部１５０，１５２をプラス側接続部１７付近にして取り付けることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】イオンミリング装置の概略断面図。
【図２】（ａ）は第１実施形態におけるイオン源の概略断面図、（ｂ）は概略底面図。
【図３】フィラメントと接続部付近の拡大概略断面図。
【図４】変形例１におけるフィラメントと接続部付近の拡大概略断面図。
【図５】第２実施形態におけるフィラメントと接続部付近の拡大概略断面図。
【図６】変形例２における概略底面図。
【符号の説明】
【００３７】
１０…イオン源、１４…直流電源、１５…フィラメント、１６…接続部としてのマイナス側接続部、１７…接続部としてのプラス側接続部、１３１…ガス導入口、１５０…保護部、１５２…別体としての保護部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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